Онлайн-мониторинг состояния для измерительных приборов PAT в INVITE

Онлайн-мониторинг состояния для измерительных приборов PAT в INVITE

Измерительная техника для анализа процессов (PAT) отличается сложностью обслуживания. Специалисты PAT выполняют периодические осмотры на местах через определенные интервалы времени.

Статус измерительного прибора можно проверить онлайн в режиме реального времени по основным показателям состояния, посредством удаленного доступа на основе открытой архитектуры NAMUR (NOA). При этом отсутствуют затраты на проверку на местах и продолжительный поиск ошибки.

Профиль клиента

INVITE GmbH — это частно-государственное партнерство компании Bayer AG, Технического университета Дортмунда и Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе.

Филиал INVITE в химпарке Леверкузена

Филиал INVITE в химпарке Леверкузена

В качестве связующего звена между медико-биологической промышленностью и научно-исследовательской областью INVITE предлагает платформу для инновационных проектов в области цифровой автоматизации процессов и лабораторий, а также разработки рецептур. 

В рамках цифрового выставочного центра INVITE представляет новые технологические подходы. Там расположены демонстрационные установки для стандартов NAMUR MTP (модульная установка) и NOA (открытая архитектура NAMUR).

Применение

Совместно с Bayer AG и Lanxess AG был определен онлайн-мониторинг состояния, в частности, для измерительных приборов PAT, в качестве такого сценария использования, который позволяет извлечь максимальную пользу из концепции NOA.

Чтобы протестировать возможность технической реализации, в техническом центре INVITE была установлена демонстрационная установка. Эта установка воспроизводит несколько измерений pH, при этом использовались устройства разных производителей. Кроме того, демонстрационная установка была оснащена сервером NOA IIoT Phoenix Contact.

Онлайн-мониторинг состояния для измерительных приборов PAT в INVITE

Испытательная установка NOA компании INVITE в химпарке Леверкузена

Решение

Однако удаленный доступ согласно принципу NOA позволяет проверять статус измерительных приборов онлайн и в режиме реального времени на основе основных параметров состояния. При этом отсутствуют затраты на проверку на местах и продолжительный поиск ошибки.

Пирамида NOA
Надпись OPC UA на производственной установке, подключенной к сети
Надпись NOA IM на изображении производственной установки с воздуха
Пирамида NOA

Задача открытой архитектуры NAMUR (NOA) заключается в том, чтобы предоставить больше преимуществ на основе данных установки. Доступ к соответствующим данным затруднен, особенно это касается более старого оборудования. Чтобы можно было пользоваться данными установки, не хватает безопасного интерфейса.

Концепция NOA позволяет получать данные существующего оборудования стандартизированным и безопасным способом. Часто установка не оснащена современными интерфейсами. Поэтому классическая пирамида автоматизации расширяется за счет бокового канала, по которому происходит защищенная от доступа коммуникация.

В этом контексте был также придуман термин «диод данных». Информация доступна для извлечения без постороннего проникновения в установку.

Надпись OPC UA на производственной установке, подключенной к сети

Гибкий и безопасный интерфейс передачи данных оказывается важным элементом для реализации концепции NOA. Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) обладает всеми свойствами, которые для этого необходимы. Цель данного стандарта заключается в том, чтобы предложить унифицированную архитектуру для соединения платформ. Этот вид соединения часто называют интеграцией ИТ/ОТ. То есть соединение полевого уровня (операционные технологии, ОТ) с офисным (информационные технологии, ИТ). Интерфейс OPC UA реализуется как в небольшом полевом контроллере, так и в сложном инструменте корпоративного уровня. Благодаря тому, что OPC UA предлагает множество современных функций обеспечения безопасности, этот стандарт особенно хорошо подходит для концепции NOA.

Надпись NOA IM на изображении производственной установки с воздуха

При помощи так называемой информационной модели можно скорректировать структуру данных и пространство имен интерфейса OPC UA. Информационная модель повышает возможность ориентироваться в данных, так как из структура и имена унифицированы. Это представляет собой значительное улучшение. Раньше имена данных не были согласованы между собой, так как каждый производитель, например, датчиков присваивал им свои значения.

Информационная модель для NOA сокращенно называется NOA IM. Фонд OPC, в сотрудничестве с Field Comm Group, опубликовал предшественник PA DIM (информационная модель устройства автоматизации процессов). В PA DIM определяется базовая информация для каждого стандартного датчика процесса, например, датчика температуры, давления или расхода в форме имен и структуры. NAMUR предоставляет дополнительную информацию и, таким образом, расширяет модель до NOA IM.

Интеллектуальное программное обеспечение для сбора данных

Сервер NOA IIoT Phoenix Contact является практической реализацией открытой архитектуры NAMUR, то есть интеллектуальным программным обеспечением для компактных полевых контроллеров PLCnext Control. Сервер накапливает информацию, полученную от установленных в поле датчиков HART. Часто датчики содержат множество информативных, однако неиспользуемых данных.

Сервер NOA IIoT соединяется с датчиками с поддержкой HART при помощи шлюза HART и ответвления линии. Отдельные устройства идентифицируются. Сервер использует специальный файл описания, который хранится в большом пуле. Можно открыть любую информацию соответствующего датчика, которая будет доступна на сервере OPC UA в едином формате.

В ближайшее время в данное решение будет осуществлена интеграция удаленной станции ввода-вывода серии изделий Axioline P для производственных установок. Таким образом, с сервером NOA IIoT можно соединиться напрямую при помощи устройства сопряжения с шиной.

PLCnext Control, сервер OPC UA и шлюз HART в шкафу управления

PLCnext Control, сервер OPC UA и шлюз HART для соединения сигналов

Дополнительное определение основных показателей состояния

Для сценария использования онлайн-мониторинга состояния требуются специальные значения, в основе которых лежат соответствующие задачи измерения. По этой причине рабочая группа NAMUR по технологиям анализа процессов определила так называемые основные показатели состояния для различных задач измерения PAT. Основные показатели состояния расширяют возможности NOA IM. Это позволяет пользователю выполнять инспекцию устройств анализа процессов на основании передаваемой информации в рамках удаленного доступа. Для измерения pH, например, требуются импеданс стекла, импеданс электрода сравнения и дата последней калибровки.

Александр Виттенбринк и Тило Глас на испытательной установке INVITE

Александр Виттенбринк и Тило Глас на испытательной установке INVITE

Приложение онлайн-мониторинга состояния в INVITE

Шкаф управления испытательной установки NOA, укомплектованный системами управления и измерения

Своевременное наличие файла описания конкретного устройства

Онлайн-мониторинг состояния в демонстрационной установке показал, что ответвление сигнала HART на сервер NOA IIoT является сложной задачей. Решение этой задачи существенно зависит от соответствующих условий использования оборудования. Для многих приложений достаточно использовать HART-прозрачные разделители питания, которые прозрачно передают входной сигнал HART на два выходных сигнала. Интеграция удаленных модулей ввода-вывода обеспечит дополнительные возможности подключения в будущем.

Заключение Автоматизированный экспорт структуры данных

После установки сервера NOA IIoT и создания файлов описания для демонстрационной установки INVITE было получено подтверждение значительного преимущества единой информационной модели. Несмотря на использование приборов разных производителей, структура данных в интерфейсе OPC UA сервера NOA IIoT идентична для всех устройств.

Затем эту структуру можно автоматически экспортировать в архивы данных или облачные приложения. Специалисты PAT могут получить любые основные показатели состояния измерительных приборов, воспользовавшись удаленным доступом. Значения отсортированы, расположены в соответствии с их приоритетом и доступны в едином синтаксисе и семантике для любых устройств согласно рекомендациям рабочей группы NAMUR по технологиям анализа процессов. Данные можно использовать в рамках анализа тренда или в другом программном обеспечении для технического обслуживания. При этом сокращаются эксплуатационные расходы. Инспекции осуществляются в режиме удаленного доступа, а не на месте. Планы технического обслуживания составляются на основе событий, а не по времени.

На следующем этапе накапливаются основные показатели состояния в процессе производства. Этот пилотный проект используется для проверки целесообразности выбранных основных показателей состояния в повседневной деятельности. Цель заключается в том, чтобы скорректировать информационную модель NOA с учетом соответствующего сценария использования.

Александр Виттенбринк - Invite GmbH, Инженер по автоматизации
Александр Виттенбринк
Персональный контакт
Мы с удовольствием приедем к Вам!
Вы планируете проект модернизации или расширения и хотели бы договориться о встрече?
Свяжитесь с нами сейчас
Беседа двух мужчин с планшетом